JPS6028193A - セラミックヒ−タ - Google Patents
セラミックヒ−タInfo
- Publication number
- JPS6028193A JPS6028193A JP13638183A JP13638183A JPS6028193A JP S6028193 A JPS6028193 A JP S6028193A JP 13638183 A JP13638183 A JP 13638183A JP 13638183 A JP13638183 A JP 13638183A JP S6028193 A JPS6028193 A JP S6028193A
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- heater
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- temperature
- coefficient
- mo5si3
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、耐酸化性にすぐれ、熱衝撃性も良好で且つ、
抵抗温度係数が小さいため、プラグラム制御をするよう
な温度制御システムに有効で、例えばグロープラグ用発
熱体として用い得るセラミックヒータに関するものであ
る。
抵抗温度係数が小さいため、プラグラム制御をするよう
な温度制御システムに有効で、例えばグロープラグ用発
熱体として用い得るセラミックヒータに関するものであ
る。
従来より発熱体としては、金属の場合にはニッケルーク
ロム合金、鉄−クロム−アルミニウム合金等の耐熱合金
が使用され、セラミックの場合には炭化珪素、珪化モリ
ブデン等が使用されている。
ロム合金、鉄−クロム−アルミニウム合金等の耐熱合金
が使用され、セラミックの場合には炭化珪素、珪化モリ
ブデン等が使用されている。
しかしながら金属発熱体の場合には使用温度は１０００
〜１１００℃程度が限界であり、それ以上の高温では酸
化腐食、溶断などが生じて使用不可能である。炭化珪素
（Ｓ ｉ Ｃ）の場合は１６００℃、珪化モリブデン（
ＭＯＳｉ２）の場合は１８００℃程度まで使用可能なも
のの、炭化珪素は比抵抗が極めて高いので小型化に問題
があり、珪化モリブデンは１３００°Ｃ以上で軟化が始
まり、高温強度、熱衝撃性の面で問題があり、例えば自
動車のグロープラグ等の要求仕様を満足することができ
なかった。
〜１１００℃程度が限界であり、それ以上の高温では酸
化腐食、溶断などが生じて使用不可能である。炭化珪素
（Ｓ ｉ Ｃ）の場合は１６００℃、珪化モリブデン（
ＭＯＳｉ２）の場合は１８００℃程度まで使用可能なも
のの、炭化珪素は比抵抗が極めて高いので小型化に問題
があり、珪化モリブデンは１３００°Ｃ以上で軟化が始
まり、高温強度、熱衝撃性の面で問題があり、例えば自
動車のグロープラグ等の要求仕様を満足することができ
なかった。
本発明は、モリブデン珪化物の極めて優れた耐酸化性を
利用すると同時に熱膨張係数を減らさせ、高温強度を向
上し熱衝撃性を改善し、且つ、抵抗温度係数が小さく、
プログラム制御に適したセラミックヒータを提供するこ
とを目的とするものである。
利用すると同時に熱膨張係数を減らさせ、高温強度を向
上し熱衝撃性を改善し、且つ、抵抗温度係数が小さく、
プログラム制御に適したセラミックヒータを提供するこ
とを目的とするものである。
そしてこの目的を達成するため、本発明は耐酸化性にす
ぐれ且つ抵抗温度係数の小さいモリブデンケイ化物であ
る３珪化５モリブデン（ＭＱＳＳｉ３）と電気絶縁材で
熱膨張係数が小さく高強度なすぐれた構造材である窒化
珪素（Ｓ ｉ ３Ｎ４）とを少なくとも包含したセラミ
ックヒータを提供するものである。
ぐれ且つ抵抗温度係数の小さいモリブデンケイ化物であ
る３珪化５モリブデン（ＭＱＳＳｉ３）と電気絶縁材で
熱膨張係数が小さく高強度なすぐれた構造材である窒化
珪素（Ｓ ｉ ３Ｎ４）とを少なくとも包含したセラミ
ックヒータを提供するものである。
以下本発明を実施例により、詳細に説明する。
本発明のヒータの組成の内、Ｍ ｏ ５ Ｓ ｉ ３の
他にＭ ｏ Ｓ ｉ ２を添加してもよい。Ｍ ｏ Ｓ
ｉ ２あるいはＭ＋１）ｓｓｉ３は酸化雰囲気で加熱
すると表面にＳｉＯ２の被膜を形成し、その被膜により
ヒータ内部への酸化の進行を防止するため、極めて耐酸
化性にすぐれる。また、Ｓ ｉ ３ Ｎ ａはヒータの
熱膨張係数を低下させ、熱衝撃性を改善する働きを持つ
。また、抵抗温度係数は、Ｍ ｏ ｓ Ｓ ｉ ３単独
もしくはＭｏ５Ｓｉ３とＭＯＳｉ２との混合比率におい
てＭ ＯＳ Ｓ ｉ ３が多くなればなる程度低下し、
例えばプログラム制御のように抵抗温度係数が小さい方
が望ましいシステムに適用する際有効となる。
他にＭ ｏ Ｓ ｉ ２を添加してもよい。Ｍ ｏ Ｓ
ｉ ２あるいはＭ＋１）ｓｓｉ３は酸化雰囲気で加熱
すると表面にＳｉＯ２の被膜を形成し、その被膜により
ヒータ内部への酸化の進行を防止するため、極めて耐酸
化性にすぐれる。また、Ｓ ｉ ３ Ｎ ａはヒータの
熱膨張係数を低下させ、熱衝撃性を改善する働きを持つ
。また、抵抗温度係数は、Ｍ ｏ ｓ Ｓ ｉ ３単独
もしくはＭｏ５Ｓｉ３とＭＯＳｉ２との混合比率におい
てＭ ＯＳ Ｓ ｉ ３が多くなればなる程度低下し、
例えばプログラム制御のように抵抗温度係数が小さい方
が望ましいシステムに適用する際有効となる。
なお、Ｍ ｏ ５Ｓ ｉ ３とＳｉ３Ｎ４との比率はＭ
ｏ５３ｉ３５〜５０モル％、残部Ｓ ｉ ３ Ｎ ４が
望ましく、（ＭｏｓＳｉ３＋Ｍｏ５ｉ２）とＳｉ３Ｎ４
の比率は（Ｍｏ５Ｓｉ３＋Ｍｏ５ｉ２）５〜５０モル％
、残部Ｓ ｉ ３Ｎ４であり、（）中に占めるＭ Ｏ５
Ｓ ｔ ３は５〜５０モル％の半分以上がよい。
ｏ５３ｉ３５〜５０モル％、残部Ｓ ｉ ３ Ｎ ４が
望ましく、（ＭｏｓＳｉ３＋Ｍｏ５ｉ２）とＳｉ３Ｎ４
の比率は（Ｍｏ５Ｓｉ３＋Ｍｏ５ｉ２）５〜５０モル％
、残部Ｓ ｉ ３Ｎ４であり、（）中に占めるＭ Ｏ５
Ｓ ｔ ３は５〜５０モル％の半分以上がよい。
ヒータの種々の特性値の中で抵抗温度係数は、ヒータ温
度の制御システムに大きな影響を与える。
度の制御システムに大きな影響を与える。
例えば、ヒータの抵抗値を検出しヒータ温度を制御する
抵抗値検出システムにおいては、抵抗温度係数が大きく
なれば、制御できないし、タイマーを用いヒータへの通
電条件でタイマーにより、決めるタイマ一方式や、コン
ピュータに種々の状態における通電条件をあらかじめイ
ンプットしそのプログラムに応じてヒータへの通電を行
うプログラム方式では、抵抗が温度に依存せず常に一定
であるヒータが望まれる。本発明は後者の制御方式に適
用するヒータを供給しようとするもので、３珪化５モリ
ブデン（Ｍｏ５Ｓｉ３）と窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）との
混合焼結体、あるいはＭ ｏ ５Ｓｉ３と２珪化モリブ
デン（ＭｏＳ＋２）と窒化珪素との混合焼結体よりなる
。各々の成分の役割としては、Ｍ ｏ ５３ ｉ ３あ
るいはＭＯ’Ｓｔ２は、酸化雰囲気中で加熱すると表面
にＳ ｉ Ｏ２の被膜を形成し、そのために内部への酸
化を防止するという性質があり、耐酸化性にすぐれた導
電性セラミックである。Ｓｉ３Ｎ４は非常に高強度なセ
ラミックであり、熱膨張係数を低下させ、破壊強度を大
きくしそれにより熱衝撃性を改善するという働きを有す
る。抵抗温度係数はＭｏ５Ｓｉ３の添加量に応じて減少
しｐＡ ｏ ５ Ｓ ｉ ３とＳ ｉ ３ Ｎ ４とよ
りなるヒータの抵抗値は、温度への依存性がｌヨとんど
なくなる。
抵抗値検出システムにおいては、抵抗温度係数が大きく
なれば、制御できないし、タイマーを用いヒータへの通
電条件でタイマーにより、決めるタイマ一方式や、コン
ピュータに種々の状態における通電条件をあらかじめイ
ンプットしそのプログラムに応じてヒータへの通電を行
うプログラム方式では、抵抗が温度に依存せず常に一定
であるヒータが望まれる。本発明は後者の制御方式に適
用するヒータを供給しようとするもので、３珪化５モリ
ブデン（Ｍｏ５Ｓｉ３）と窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）との
混合焼結体、あるいはＭ ｏ ５Ｓｉ３と２珪化モリブ
デン（ＭｏＳ＋２）と窒化珪素との混合焼結体よりなる
。各々の成分の役割としては、Ｍ ｏ ５３ ｉ ３あ
るいはＭＯ’Ｓｔ２は、酸化雰囲気中で加熱すると表面
にＳ ｉ Ｏ２の被膜を形成し、そのために内部への酸
化を防止するという性質があり、耐酸化性にすぐれた導
電性セラミックである。Ｓｉ３Ｎ４は非常に高強度なセ
ラミックであり、熱膨張係数を低下させ、破壊強度を大
きくしそれにより熱衝撃性を改善するという働きを有す
る。抵抗温度係数はＭｏ５Ｓｉ３の添加量に応じて減少
しｐＡ ｏ ５ Ｓ ｉ ３とＳ ｉ ３ Ｎ ４とよ
りなるヒータの抵抗値は、温度への依存性がｌヨとんど
なくなる。
以上のことを具体的な実施例で説明する。
本発明の詳細な説明するため題１図に示すグロープラグ
を製作した。ヒータ部は窒化珪素（Ｓｉ ３ Ｎ ４
）とアルミナ（Ａ１２０３）との混合焼結体よりなる支
持材２の外面に第３図に示す組成のヒニタ１を接合した
もので内部にタングステン線３ａ、３ｂが封入された構
造である。なお、図中、４は金属スリーブ、５は金属キ
ヤ・ノブ、６．は支持体２とスリーブ４およびキヤ・ノ
ブ５を接合するメタライズ層、８はＮｉ綿、９は中心電
極、１０は電気絶縁リング、１１は耐熱ゴムシールリン
グ、１２は電気絶縁ブツシュ、１３．１４は外部コネク
タ取付用ナンドである。電流は中心電極９からＮｉ綿８
を通ってキャンプ５に流れＷ線３ｂを通ってヒータ１に
流れ、Ｗ線３ａ、スリーブ４を通ってボディ７に流れ接
地される。
を製作した。ヒータ部は窒化珪素（Ｓｉ ３ Ｎ ４
）とアルミナ（Ａ１２０３）との混合焼結体よりなる支
持材２の外面に第３図に示す組成のヒニタ１を接合した
もので内部にタングステン線３ａ、３ｂが封入された構
造である。なお、図中、４は金属スリーブ、５は金属キ
ヤ・ノブ、６．は支持体２とスリーブ４およびキヤ・ノ
ブ５を接合するメタライズ層、８はＮｉ綿、９は中心電
極、１０は電気絶縁リング、１１は耐熱ゴムシールリン
グ、１２は電気絶縁ブツシュ、１３．１４は外部コネク
タ取付用ナンドである。電流は中心電極９からＮｉ綿８
を通ってキャンプ５に流れＷ線３ｂを通ってヒータ１に
流れ、Ｗ線３ａ、スリーブ４を通ってボディ７に流れ接
地される。
ヒータ部は支持体、ヒータ各々の組成の原料を混合し、
有機溶剤を加えた後、ドクターブレード法によりシート
状に成形し、第２図のごとく、支持体シート１′、ヒー
タシート２′へＷ線３を積ＪＷＬ、ラミ＊−ト後１６０
０℃Ｘ Ｉ Ｈｒ、５００ｋｇ／ ｃＡの条件でホント
ブレスすることで得られる。
有機溶剤を加えた後、ドクターブレード法によりシート
状に成形し、第２図のごとく、支持体シート１′、ヒー
タシート２′へＷ線３を積ＪＷＬ、ラミ＊−ト後１６０
０℃Ｘ Ｉ Ｈｒ、５００ｋｇ／ ｃＡの条件でホント
ブレスすることで得られる。
第３図にヒータの材料及びホードプレス時の焼成雰囲気
をかえて製作したヒータの焼成後のヒータ中に含まれる
Ｍｏ５Ｓｉ３とＭＯＳｉ２との比ならびに第１図に示す
グロープラグに組み付けた後通電し、ヒータを赤熱させ
ヒータ温度が１０００℃の時のグロープラグの抵抗とヒ
ータが常温時のグロープラグ抵抗との比（１０００℃Ｒ
／常温Ｒ）を示す。
をかえて製作したヒータの焼成後のヒータ中に含まれる
Ｍｏ５Ｓｉ３とＭＯＳｉ２との比ならびに第１図に示す
グロープラグに組み付けた後通電し、ヒータを赤熱させ
ヒータ温度が１０００℃の時のグロープラグの抵抗とヒ
ータが常温時のグロープラグ抵抗との比（１０００℃Ｒ
／常温Ｒ）を示す。
なお、第３図のＭ ｏ ｓ Ｓ ｉ ３とＭ ＯＳ ｉ
２との比はＸ線回折時のＭｏ５Ｓｉ３とＭ ｏ Ｓ
ｉ ２との最強のピーク （Ｍｏ Ｓ ｉ ２ （ｄＡ
＝２．０２） Ｍｏ ｓＳ ｉ−３’ （ｄ Ａ＝２．
１５６ ） ）の高さの比である。また、ヒータの温度
は放射率（ε）−１，ＯＯでパイロメータを用いて測定
した。Ｍ ｇ Ａ ＋ ２０４は焼結助剤として使用し
た。Ｍ ｏ ５ Ｓ ｉ ３が含まれていると、抵抗の
温度依存性が小さくなり、Ｍ Ｏ５Ｓｉ２の量が増える
と、ヒータの温度が上昇してもグロープラグ抵抗はほと
んど変わらなくなり、タイマ一方式やプログラム方式に
よる制御方式をとる温調システムに有効なヒータとなる
。Ｍｏ５Ｓｉ３とＳ ｉ ３ Ｎ ４とを含むヒータは
、ＭｏＳｉ２とＳ ｉ ３Ｎ４とをＮ２中で焼成しても
得られ、またＭ ｏ ５ Ｓ ｉ ３を合成しそれとＳ
ｉ ３Ｎ４を混合し焼成してもよく、あるいはＭ ｏ
５ Ｓ ｉ ３を構成するＭｏとＳｔを適切な配合比
で混合し、Ｓｉ３Ｎ４を加えて焼成してもよい。
２との比はＸ線回折時のＭｏ５Ｓｉ３とＭ ｏ Ｓ
ｉ ２との最強のピーク （Ｍｏ Ｓ ｉ ２ （ｄＡ
＝２．０２） Ｍｏ ｓＳ ｉ−３’ （ｄ Ａ＝２．
１５６ ） ）の高さの比である。また、ヒータの温度
は放射率（ε）−１，ＯＯでパイロメータを用いて測定
した。Ｍ ｇ Ａ ＋ ２０４は焼結助剤として使用し
た。Ｍ ｏ ５ Ｓ ｉ ３が含まれていると、抵抗の
温度依存性が小さくなり、Ｍ Ｏ５Ｓｉ２の量が増える
と、ヒータの温度が上昇してもグロープラグ抵抗はほと
んど変わらなくなり、タイマ一方式やプログラム方式に
よる制御方式をとる温調システムに有効なヒータとなる
。Ｍｏ５Ｓｉ３とＳ ｉ ３ Ｎ ４とを含むヒータは
、ＭｏＳｉ２とＳ ｉ ３Ｎ４とをＮ２中で焼成しても
得られ、またＭ ｏ ５ Ｓ ｉ ３を合成しそれとＳ
ｉ ３Ｎ４を混合し焼成してもよく、あるいはＭ ｏ
５ Ｓ ｉ ３を構成するＭｏとＳｔを適切な配合比
で混合し、Ｓｉ３Ｎ４を加えて焼成してもよい。
第３図の組成及び製造条件で第１図に示すグロープラグ
を製作し、断続通電テストを行った。断電通電は１分通
電１分停止のサイクルで通電時にヒータ温度は、１３０
０℃まで上昇する。このサイクルを２００σ回くりかえ
した後のグロープラグ抵抗と初期抵抗の比を示したのが
、第４図である。耐久性は厳密には、Ｍ ｏ Ｓ ｉ
２よりなるグロープラグ（ａ式料Ａ）がＭ ０５３１３
よりなるグロープラグ（試料Ｂ、Ｄ）よりずぐれる。し
かしながら現在市販されている金属シーズ型グロープラ
グにおいては、本テストを実施すると数１０回で断線す
ることを考えると、Ｍ Ｏｓ Ｓ ｊ ３系グロープラ
グの耐熱性は、十分満足するものである。そして、抵抗
値が温度に依存しない特性のため、タイマ方式やプログ
ラム方式のような特定の制御システムにおいては特に有
効なものとなる。
を製作し、断続通電テストを行った。断電通電は１分通
電１分停止のサイクルで通電時にヒータ温度は、１３０
０℃まで上昇する。このサイクルを２００σ回くりかえ
した後のグロープラグ抵抗と初期抵抗の比を示したのが
、第４図である。耐久性は厳密には、Ｍ ｏ Ｓ ｉ
２よりなるグロープラグ（ａ式料Ａ）がＭ ０５３１３
よりなるグロープラグ（試料Ｂ、Ｄ）よりずぐれる。し
かしながら現在市販されている金属シーズ型グロープラ
グにおいては、本テストを実施すると数１０回で断線す
ることを考えると、Ｍ Ｏｓ Ｓ ｊ ３系グロープラ
グの耐熱性は、十分満足するものである。そして、抵抗
値が温度に依存しない特性のため、タイマ方式やプログ
ラム方式のような特定の制御システムにおいては特に有
効なものとなる。
Ｍｏ５Ｓｉ３単独では熱膨張係数は７．０Ｘ１０−”／
’ｃであり、かなり大きな熱膨張係数を示すが、窒化珪
素の添加により熱膨張係数は低下する。例えば第３図の
Ｂの組成のヒータは５．５ Ｘ １０−６／℃となる。
’ｃであり、かなり大きな熱膨張係数を示すが、窒化珪
素の添加により熱膨張係数は低下する。例えば第３図の
Ｂの組成のヒータは５．５ Ｘ １０−６／℃となる。
また、Ｓ ｉ ３Ｎ４の任意量の添加によりヒータ抵抗
を希望の抵抗値に調整することもできる。
を希望の抵抗値に調整することもできる。
以上要するに、本発明は、熱衝撃性、高温強度にすぐれ
、かつ抵抗値が温度が上昇しても変化する割合が小さい
ため、タイマ一方式、プログラム方式のような制御方式
に適したヒータを提供できる。
、かつ抵抗値が温度が上昇しても変化する割合が小さい
ため、タイマ一方式、プログラム方式のような制御方式
に適したヒータを提供できる。
第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は第１
図のヒータ部分の製造説明に供する特性図、第３図およ
び第４図は本発明の説明に供する特性図である。 代理人弁理士 岡 部 隆
図のヒータ部分の製造説明に供する特性図、第３図およ
び第４図は本発明の説明に供する特性図である。 代理人弁理士 岡 部 隆
Claims (1)
- ３珪化５モリブデン（Ｍ０５Ｓ１３）と窒化珪素とを少
なくとも含んだ焼結体より構成されたセラミックヒータ
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13638183A JPS6028193A (ja) | 1983-07-25 | 1983-07-25 | セラミックヒ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13638183A JPS6028193A (ja) | 1983-07-25 | 1983-07-25 | セラミックヒ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6028193A true JPS6028193A (ja) | 1985-02-13 |
| JPH0410717B2 JPH0410717B2 (ja) | 1992-02-26 |
Family
ID=15173820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13638183A Granted JPS6028193A (ja) | 1983-07-25 | 1983-07-25 | セラミックヒ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6028193A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS646692U (ja) * | 1987-07-02 | 1989-01-13 | ||
| US5086210A (en) * | 1988-03-29 | 1992-02-04 | Nippondenso Co., Ltd. | Mo5 Si3 C ceramic material and glow plug heating element made of the same |
| US5877474A (en) * | 1996-03-29 | 1999-03-02 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Glow plug and heating element made of ceramic material |
| US5948306A (en) * | 1996-03-29 | 1999-09-07 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Ceramic heater |
| US6274855B1 (en) | 1998-11-17 | 2001-08-14 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Heating resistor for ceramic heaters, ceramic heaters and method of manufacturing ceramic heaters |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5751174A (en) * | 1980-09-11 | 1982-03-25 | Sumitomo Electric Industries | Sintered body for si3n4 cutting tool |
| JPS5864271A (ja) * | 1981-10-12 | 1983-04-16 | 住友電気工業株式会社 | 窒化けい素焼結体 |
-
1983
- 1983-07-25 JP JP13638183A patent/JPS6028193A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5751174A (en) * | 1980-09-11 | 1982-03-25 | Sumitomo Electric Industries | Sintered body for si3n4 cutting tool |
| JPS5864271A (ja) * | 1981-10-12 | 1983-04-16 | 住友電気工業株式会社 | 窒化けい素焼結体 |
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|---|---|---|---|---|
| JPS646692U (ja) * | 1987-07-02 | 1989-01-13 | ||
| US5086210A (en) * | 1988-03-29 | 1992-02-04 | Nippondenso Co., Ltd. | Mo5 Si3 C ceramic material and glow plug heating element made of the same |
| US5877474A (en) * | 1996-03-29 | 1999-03-02 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Glow plug and heating element made of ceramic material |
| US5948306A (en) * | 1996-03-29 | 1999-09-07 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Ceramic heater |
| US6274855B1 (en) | 1998-11-17 | 2001-08-14 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Heating resistor for ceramic heaters, ceramic heaters and method of manufacturing ceramic heaters |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0410717B2 (ja) | 1992-02-26 |
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